章杂环化合物(己修改)PPT课件

1. 定义: 若有机环状分子中除了C、H二元素外，还有其他原子如O、S、N等，则称为杂环化合物。 2. 特点: 环稳定、具有芳香性(也称为芳香杂环)。 杂环化合物也包括酸酐、内酯、环内酰胺等。但由于它们与酯、酸酐等性质上无不同，故习惯上不把它们看作杂环化合物。,酸酐,内酯,内酰胺,第十八章 杂环化合物( Heterocycles),环不稳定、易破裂、不具有芳香性、属于脂杂环,环氧乙烷,1,2,Zidovudine(AZT),Diazepam(Valium) (安定),8-methylpyrrolo1,2-a-pyrazine,Diaminostillbene disulfonic acid “bleach”(漂白)(二氨基芪二磺酸),3,第一节 杂环化合物的分类与命名,分类,Furan呋喃,Pyrrole 吡咯,Thiophene 噻吩,Imidazole 咪唑,Thiazole 噻唑,2) 命名 (1) 音译法,4,Pyridine 吡啶,Pyridazine 哒嗪,Pyrimidine 嘧啶,Indole 吲哚,Quinoline 喹啉,注意：杂环上有取代基时, 取代基的位次从杂原子开始，依次用1, 2, 3, 4, .或a, b, g, .编号。,2,5-二甲呋喃a, a-二甲呋喃,3-甲基噻吩b-甲基噻吩,2-乙酰基吡咯a -乙酰基吡咯,5,(2) 若杂环上有两个以上杂原子时，则从O、S、N的顺序 编号，编号时取杂原子位次之和的最小值。,4-甲基噻唑,2,4,二甲基咪唑,4-氨基嘧啶,2. 系统命名法: 依据相应的碳环来命名。 如五元环相应碳环为“茂”, 六元环相应是苯。,氧杂茂,氮杂茂,硫杂茂,氮杂苯,6,第二节 五元杂环化合物,1) 结构与芳性,呋喃,噻吩,吡咯, 环内C和杂原子均以sp2杂化，相互以键相连，处于同一平面。 每个原子还有一个未杂化的p轨道，垂直于环平面，相互平行。 C原子的p轨道有一个p电子，杂原子的p轨道有两个p电子，形成了环闭 的共轭体系。,7,结构特点：,成环的所有原子在一个平面上；是一个环闭的 共扼体系（5原子6电子体系） (即富电子体系) ;p电子数符合休克尔规则。 因此，具有芳性。但因O、S、N原子电负性的不同，参与芳构化的能力也不同。 其芳性强若之顺序为:,芳香性为何依次降低?,8,饱和化合物,由于环内原子的电负性差别，使电子云密度分布不均匀，也使其键长不能完全平均化:,9,2) 五元杂环化合物的性质,物理性质A. 呋喃：无色液体，存于松木焦油中, b.p. 31.36oC. 遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。B. 噻吩：无色有特殊气味的液体，存于煤焦油中, b.p. 84.16oC. 与吲哚醌在硫酸作用下显兰色。C. 吡咯：无色液体，存于煤焦油和骨焦油中, b.p. 130 131oC.遇盐酸浸湿的松木片呈红色。,10,(2) 化学性质,五元杂环化合物是 (5原子6电子)体系，环上电子云密度比苯环上的大, 故比苯更容易发生亲电取代反应，且一般发生在-位上。 总的反应活性: 吡咯 呋喃 噻吩 苯,为什么？,又为什么吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代速度却依次降低？,又为什么亲电取代反应主要发生在-位？,11,A. 亲电取代反应,Br2, 0oC二恶烷,CH3CO2NO2- 5- 30oC,C5H5N+SO3-ClCH2CH2Cl,(CH3)2C=CH2ZnCl2, 170oC,(CH3CO)2OSnCl4, R.T.,亲电取代反应都比苯容易,呋喃,12,Br2, 25oCHOAc,CH3CO2NO2HOAc, 0oC,H2SO4 , R.T.,C6H5COClAlCl3 , R.T.,噻吩,13,I2, NaOH,CH3CO2NO2- 10oC,C5H5N+SO3-ClCH2CH2Cl,SO2Cl2 , 0oC,C6H5N2ClNaOAc,吡咯,14,B. 吡咯的弱碱、弱酸性,（1）弱碱性 苯胺 吡咯 四氢吡咯Kb 3.810-8 2.510-14 2.010-4 (Kb值愈大、碱性愈强),(2) 弱酸性,15,(3) 糠醛（a-呋喃甲醛）,制备：糠醛是呋喃的重要衍生物和有机原料，由米糠制得而得名。 米糠、玉米芯、杆等含有多聚戊糖, 在稀酸作用下水解成戊糖、脱水环化即成糠醛，产率约34%。,糠醛,16,b. 加氢,Cr2O3-CuO150oC, 100atm,骨架镍180oC, 100 atm,c. 歧化,d. 脱羰,糠醇,B. 性质 a. 氧化,17,e. 与酚缩合,酚醛树脂(胶粘剂),(5) 噻唑与咪唑噻唑: 又称1,3-硫氮杂茂, 其衍生物广泛存于自然界中. 如VB1,（嘧啶环）,（噻唑环),18,噻唑为无色有吡啶气味的液体，b.p. 117oC, 与水混溶. 环上的氮原子有碱性, 化学性质稳定，不易发生亲电取代反应。,硫脲,氯乙醛,19,B. 咪唑: 是吡唑的同分异构体，又称1,3-二氮杂茂。许多重要的天然产物是咪唑的衍生物，如组氨酸：,a-氨基-b-(4-咪唑基)丙酸,咪唑因分子间可形成氢键, 故熔点、沸点较高，且与水互溶. 同时分子具有碱性，化学性质稳定，有互变异构现象：,4-甲基咪唑与5-甲基咪唑是同一化合物!,20,(6) 吲哚: 又称氮杂茚或称苯并吡咯。其衍生物在自然界中分布很广.,吲哚,色氨酸,b-吲哚乙酸,吲哚为结晶固体，能溶于热水. 纯吲哚有臭味, 但稀释10000倍后则具有香味,可用于香料。但,粪臭素,21,C6H5CO2NO2CH3CN, 0oC,C5H5N+SO3- C6H6,Zn/ H3PO4,DMF, POCl3 H2O,Br2, 0oC二恶烷,H+,22,重要代表物：b-羟基吲哚和靛蓝(即植物染料),b-羟基吲哚在空气中可被氧化成靛蓝,氧化吲哚,靛蓝(兰色染料),23,靛蓝是我国古代重要的兰色染料，其人工合成方法为：,O2,O,24,(7) 雷族化合物 四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环叫卟吩，是卟啉化合物的母体，是一个大共轭体系。,(卟啉吩),25,叶绿素,26,血红素,27,1. 结构,六元杂环化合物中最重要的是吡啶和嘧啶.,与苯相似, N原子的一个sp2杂化轨道上有一对孤电子对,结构参数与电荷分布,数据表明：吡啶环中因N原子电负性较大，其电荷分布不均匀，键长没有完全平均化。 又因氮原子上电子云密度大而具有碱性。,一、 吡啶,第三节 六元杂环化合物,28,2 来源和制备 吡啶又称氮杂苯。最初由干馏动物的骨骼得到，其衍生物广泛存于自然界，一些生物碱中常含有吡啶或氢化吡啶环。,烟碱,新烟碱,古柯碱(可卡因),制备,29,3 性质: 具有特殊臭味的无色液体，b.p. 115oC, 能与水混溶。,pKb 3.6 4.75 8.8 9.3,1). 碱性: 其碱性强弱有以下次序,故可以与酸成盐,碱性：脂肪胺吡啶苯胺吡咯,30,可用活泼甲基化合物与I2来进行,由于吡啶具有碱性，也表现出较大的亲核性：,31,2). 亲电取代反应: 活性比苯低的多，不发生F-C反应，且亲电取代发生在b-位.,Br2, 300oC,AlCl3100 oC,KNO3, H2SO4 300 oC,HgNO3, H2SO4 220 oC,为何吡啶难以进行亲电取代反应?,32,3). 亲核取代,吡啶炔,4). 还原反应,六氢吡啶, 又称呱啶,33,5). 氧化反应,N-氧化吡啶,吡啶环较之苯环稳定,氮原子电负性大，使环上的电子云密度减少；酸性条件下，氮与质子结合成氮正离子，环上的电子云密度更少，吡啶环的稳定性更大。,34,6). 与SO3反应,磺化剂,4. 重要的衍生物,a-正丙基呱啶(毒芹碱）,1) 甲基呲啶,35,2. 嘧啶,无色结晶, m.p. 22oC, 溶于水.碱性比吡啶弱, 不易发生亲电取代反应.,吡啶衍生物存于自然界中, 是VB1主要成分.,脲嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,36,三、喹啉与异喹啉,1. 结构,又名氮杂萘, 存于煤焦油中。具有抗癌作用的喜树碱分子中就含有喹啉环。,喜树碱,喹啉本身具有抗疟疾作用。,37,性质: 无色油状液体, 有特殊气味，b.p. 238oC, 不溶于水。,喹啉与异喹啉的化学性质和吡啶相似（反应式见后）,亲电取代位置：苯环（5位或8位）,亲核取代位置：吡啶环（2位或4位）,2. 化学性质,弱减性,38,HNO3/H2SO4 0 oC,H2SO4 22 0 oC,Br2, H2SO4Ag2SO4,NaNH2100 oC,Sn/HCl,39,HNO3/H2SO4,NaNH2NH3(l),4. 嘌呤,9H-嘌呤,7H-嘌呤,异喹啉:,40,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,41,3. 喹啉环合成法：斯克劳普(Skraup Z H )法,机理： 脱水,三、喹啉与异喹啉,甘油的作用相当于丙烯醛,42, Micheal加成, 亲电取代, 氧化,氧化剂被还原后也作为原料,43,苯胺 + 甘油（丙烯醛）,逆合成分析：,（1）切割分子，找出前体（原料）,苯环上无取代基，则原料是苯胺；有取代基则是取代芳胺。,吡啶环上无取代基，则原料是丙三醇；如有取代基则是取代丙烯醛。,44,A B C D,苯胺环间位有给电子基，则给电子基的对位闭环；苯胺环间位有吸电子基，则吸电子基的邻位闭环。,对应的原料：,产物：,45,（2）氧化剂为与原料芳胺结构对应的芳香硝基化合物。例如：,46,1.,喹啉环合成的思考题：,（例2答案见后）,又例,47,TM,喹啉环合成思考题2参考答案：,48,一、生物碱的一般性质多为晶体，有苦味，有旋光性，难溶于水，但可溶于酸或碱。沉淀反应颜色反应二、生物碱的提取有机溶剂提取稀酸提取,第四节 生物碱（自学）,49,麻黄素：感冒药、毒品冰毒（甲基苯丙胺）化学人不要以身试法！烟碱：杀虫、香烟黄连素：肠胃药吗啡：麻醉剂、毒品喜树碱：抗癌药阿托品：有机磷农药解毒剂,三、